聚酮类天然产物trichodermatides A的结构解析

2023-02-15 02:26:32, 编译| 胡炽文 Advanced Chemistry Development, Inc. (ACD/Labs)

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木霉（Trichoderma）广泛存在于土壤、植物和腐烂植被中。木霉不仅被用作生物肥料而且还是重要的生物防治剂。目前，研究人员从木霉中分离出了许多结构特异、活性多样的天然产物，包括萜类、聚酮类、非核糖体多肽类等，其中一类聚酮化合物-polycyclic trichodermatide具有非常独特的环己烯酮并吡喃环以及缩酮单元。目前已报道的该类型化合物共有3个——trichodermatides A、E、F，但仅 trichodermatide A 具有非常独特的五环骨架，具有6/6/6/6/5五环系统。基于此，为了进一步获得更多结构特异活性丰富的天然产物，作者对分离自Rubia podantha Diels的一株拟康宁木霉WZ-196（Trichoderma koningiopsis）进行了系统的化学研究。

作者从拟康宁木霉WZ-196中分离并鉴定了一种高度氧化的五元杂化的聚酮类化合物，trichopsistide A（1）。通过各种光谱分析、CASE软件和DFT化学位移计算等手段，确定了该化合物的绝对结构。化合物1是首个报道的具有5/6/6/6/5五元杂环体系的吡啶类生物碱^[1]。

Trichopsistide A呈黄色固体状，根据其¹³C NMR和HRESIMS数据分析，分子式为C₂₃H₂₉NO₅，不饱和度为10（m/z 400.21165 [m+H]⁺; 计算值为400.21185）。红外光谱在3400、2953、2917、2850、1718、1671、1595、1509、1318、932 cm^-1处出现吸收峰，表明分子结构中存在羟基、羰基等基团。作者在分析HSQC、HMBC和COSY数据的基础上，采用传统的结构解析方法，推导出了大部分的分子结构，但由于缺乏关键的HMBC信号，无法完全确定所解析结构的正确性。为了解决这一难题，作者使用了ACD/Structure Elucidator软件辅助解析。将原始谱图文件导入软件，并对核磁谱图进行标峰，最终产生的数据见表1所示。

表1. Trichopsistide A的NMR数据

基于标峰后的信息，ACD/Structure Elucidator软件创建了一个分子连接图(MCD)，如图1所示（在204.9 ppm处手动定义了羰基键）。尽管在IR光谱中没有提示三键的存在，但作者允许生成的结构中存在三键(对应的选项在“Create MCDs Options”中进行设置)。

图1.分子连接图

碳原子的杂化状态用相应的颜色标记:sp2 -紫，sp3 -蓝，未定义-黑。绿色箭头表示HMBC相关，蓝色箭头- COSY，紫色箭头-非标准(较长)长度的2D NMR相关。

MCD中之所以存在黑色的原子，是由于假设分子中可能存在三键，而非标准的相关(NSCs)是由程序通过考虑HMBC和COSY谱图中的峰强度而自动识别的。软件选择“严格的结构生成”选项，在27 min内生成了613 ~ 609个同分异构体，经过光谱过滤后保留了249个候选结构。然后通过ACD/SE内置的增量算法、神经网络算法和HOSE算法对生成的结构进行¹³C化学位移预测，并对输出文件按平均偏差递增排序。文献^[1]中报道的排名前十的结构如图2所示。

图2. 排名前十的分子结构。用HOSE算法、神经网络算法和增量法计算的13C化学位移的平均偏差分别表示为dA、dN和dI。

排序第一的结构是最可能的结构，确定为化合物trichopsistide A。基于DFT算法对其进行13C化学位移预测，进一步证实了该结果。

接下来，我们尝试基于表1中的相同数据，基于ACD/Structure Elucidator软件重复该化合物的解析，但有两个地方进行了调整:

HMBC和COSY峰的强度设为未知，所有相关性均考虑标准长度(2-3JHH,CH)。
将最大键数设定为2

对应的MCD如图3所示：

图3. 用于重新计算的MCD(原子按照它们在结构1中的位置进行放置)

软件检查MCD的2D NMR数据一致性，提示:“最小非标准连接数为1”。也就是说，软件提示至少一个非标准的相关在HMBC和COSY光谱中被检测到。因此，选择"模糊结构生成(FSG)"选项，FSG的选项按照默认设置。

HMBC和COSY峰的强度设为未知，所有相关性均考虑标准长度(2-3JHH,CH)。
将最大键数设定为2

排在前四位的结构如图4所示。

图4. 基于MCD(图3)生成的排名靠前的四个结构(红色箭头表示非标准长度的相关)

从图4中我们可以发现，最佳的结构与图2相同，程序在模糊结构生成(FSG)期间识别了一个NSC，并将其加长以允许结构生成。该案例表明，承认分子中存在三键的可能性和自动分配HMBC和COSY光谱中的相关长度可以导致生成时间的显著增加，甚至几个紧密匹配的结果结构。我们相信利用红外光谱对于确定所研究的结构中是否存在三键是非常有用的。

Trichopsistide A的结构及其¹³C化学位移如下图所示:

参考文献：

1、L. Feng, A.-X. Zhang, R.-R Shang, X.-J. Wang, N.-H. Tan, Z. Wang. (2022). Trichopsistides A and B: Two Highly Oxygenated Pentacyclic Polyketides with Promising Inhibitory Effects on the NF-κB Signaling Pathway from the Fungus Trichoderma koningiopsis WZ-196. J. Org. Chem., 87, 14058−14067.

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